材料科學(xué)基礎(chǔ) 第3章 固體中的擴(kuò)散

1、第第3 3章章 固體中的擴(kuò)散固體中的擴(kuò)散1/53擴(kuò)散的概念及意義 物質(zhì)中原子（離子或分子）的遷移現(xiàn)象稱為擴(kuò)散。 擴(kuò)散是固體中原子遷移的唯一方式； 擴(kuò)散是材料中的一種重要現(xiàn)象2/533/53dxdCDJ單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)垂直于擴(kuò)散方向單位面積的擴(kuò)散物質(zhì)質(zhì)量，單位：Kg/m2s擴(kuò)散系數(shù)，單位:m2/s濃度梯度，單位:Kg/m4擴(kuò)散方向與濃度增大方向相反 菲克第一定律描述的是一種穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，即質(zhì)量濃度不隨時(shí)間而變化。因此，它僅適用于穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散的情況。4/53大多數(shù)擴(kuò)散過(guò)程是非穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散，即擴(kuò)散體內(nèi)各點(diǎn)的濃度是隨時(shí)間而變化的，因此不適合用菲克第一定律來(lái)處理，這類過(guò)程由菲克第二定律來(lái)處理。7/53流入質(zhì)量流入質(zhì)量

2、流出質(zhì)量流出質(zhì)量=積存質(zhì)量積存質(zhì)量或：流入速率或：流入速率-流出速率流出速率=積存速率積存速率AJ1dxxA)(JAJAJ12因此積存速率為：因此積存速率為：dxAxJ 積存速率用體積元中擴(kuò)散物質(zhì)積存速率用體積元中擴(kuò)散物質(zhì)質(zhì)量濃度隨時(shí)間的變化率來(lái)表示質(zhì)量濃度隨時(shí)間的變化率來(lái)表示:dxAtC因此可得因此可得：dxAxJ-dxAtCxJtC8/53J1J2d x)(xCDxtC假定假定D D與與濃度無(wú)關(guān)，則上式可簡(jiǎn)化為：濃度無(wú)關(guān)，則上式可簡(jiǎn)化為：22xCDtC上述擴(kuò)散是由于濃度梯度引起的上述擴(kuò)散是由于濃度梯度引起的，稱為稱為化學(xué)擴(kuò)散9/53擴(kuò)散系數(shù)與濃度無(wú)關(guān)的擴(kuò)散系數(shù)與濃度無(wú)關(guān)的一維擴(kuò)散的方程為：

3、一維擴(kuò)散的方程為： 22xCDtCDt2x設(shè)設(shè) 因此可得：因此可得： ,ddC2ttddCtC4Dt1dCd4Dt1CxCxC222222222代入菲克第二定律得：代入菲克第二定律得：22dCd4Dt1DddC2t整理得整理得：0ddC2dCd22解得解得：)(21expAddC再積分，解為：再積分，解為：10/532021AdexpAC)(誤差函數(shù)誤差函數(shù))(erf定義為定義為：02d)(exp2)(erf可以證明可以證明：1)(erf)(erf)(erf21Aerf2AC)(誤差函數(shù)值可以從表中誤差函數(shù)值可以從表中查出查出因此因此常數(shù)常數(shù)11/5301234567890.00.00000.

4、0113 0.0226 0.0338 0.0451 0.05640.06760.0789 0.0901 0.10130.10.11250.1236 0.1348 0.1459 0.1569 0.16800.17900.1900 0.2009 0.21180.20.22270.2335 0.2443 0.2550 0.2657 0.27630.28690.2974 0.3079 0.31830.30.32860.3389 0.3491 0.3593 0.3694 0.37940.38930.3992 0.4090 0.41870.40.42840.4380 0.4475 0.4569 0.466

5、2 0.47550.48470.4937 0.5027 0.51170.50.52050.5292 0.5379 0.5465 0.5549 0.56330.57160.5798 0.5879 0.59590.60.60390.6117 0.6194 0.6270 0.6346 0.64200.64940.6566 0.6638 0.67080.70.67780.6847 0.6914 0.6981 0.7047 0.71120.71750.7238 0.7300 0.73610.80.74210.7480 0.7538 0.7595 0.7651 0.77070.77610.7814 0.7

6、867 0.79180.90.79690.8019 0.8068 0.8116 0.8163 0.82090.82540.8299 0.8342 0.83851.00.84270.8468 0.8508 0.8548 0.8586 0.86240.86610.8698 0.8733 0.87681.10.88020.8835 0.8868 0.8900 0.8931 0.89610.89910.9020 0.9048 0.90761.20.91030.9130 0.9155 0.9181 0.9205 0.9229 0，9252 0.9275 0.9297 0.93191.30.93400.9

7、361 0.9381 0.9400 0.9419 0.94380.94560.9473 0.9490 0.95071.40.95230.9539 0.9554 0.9569 0.9583 0.95970.96110.9624 0.9637 0.96491.50.96610.9673 0.9687 0.9695 0.9706 0.97160.97260.9736 0.9745 0.97351.551.61.651.71.751.81.92.02.22.7erf()0.97160.9763 0.9804 0.9838 0.9867 0.98910.99280.9953 0.99810.999表表與

8、與erf()erf()的對(duì)應(yīng)值（的對(duì)應(yīng)值（：0 02727）返回12/53AB0+x-x1.兩端成分不受擴(kuò)散影響的擴(kuò)散偶2C1C擴(kuò)散的初始條件為擴(kuò)散的初始條件為：21CC0 xCC0 x0t則則,邊界條件為邊界條件為：將邊界條件代入式：將邊界條件代入式： 21CC-xCCx0t則則,21Aerf2AC)(中得中得： 2121221211A2AAerf2ACA2AAerf2AC)()(解得解得：13/532CCA22CCA212211將將A A1 1、A A2 2代入代入)(),(Dt2xerf2CC2CCtxC212121Aerf2AC)(得得：在焊縫處x=02CCC21s= 0)(),(Dt

9、2xerf12CtxC214/532.一端成分不受擴(kuò)散影響的擴(kuò)散體0+x0CSC奧氏體初始碳濃度滲碳源碳濃度，始終保持不變初始條件：初始條件： 0CC0 x0t，邊界條件邊界條件：0sCCxCC0 x0t，將邊界條件代入將邊界條件代入 21Aerf2AC)(得得： s2s01CA2CCA)(將將A A1 1、A A2 2代入綠底式中代入綠底式中ss0C)erf(C(CtxC),(Dt2x)erfC(CCtxC0ss),(15/53例:碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%0.1%的低碳鋼，置于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為的低碳鋼，置于碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.2%1.2% 的滲碳?xì)夥罩?，在的滲碳?xì)夥罩?，?20920下進(jìn)行滲

10、碳，如果要求離表面下進(jìn)行滲碳，如果要求離表面 0.002m0.002m處碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為處碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.45%0.45%，問(wèn)需要多長(zhǎng)滲碳時(shí)間？，問(wèn)需要多長(zhǎng)滲碳時(shí)間？ 已知碳在已知碳在-Fe-Fe中中920920時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)時(shí)的擴(kuò)散系數(shù)D=2D=21010-11-11m m2 2/s/s。0+x0CsCDt2x)erfC(CCtxC0ss),(解解:此情況符合一端成分不受此情況符合一端成分不受 擴(kuò)散影響的擴(kuò)散體，因此擴(kuò)散影響的擴(kuò)散體，因此其中其中：/sm102D002m,0 x450txC21C 0.1%,C211-s0.%,.),(%,.代入代入上式得上式得： 68. 0t224erf查誤差函數(shù)

11、表得：。6h.27t71,. 0t22416/533.2 擴(kuò)散熱力學(xué)菲克定律描述了物質(zhì)從高濃度向低濃度擴(kuò)菲克定律描述了物質(zhì)從高濃度向低濃度擴(kuò)散的現(xiàn)象，這種擴(kuò)散導(dǎo)致濃度梯度減小，成分散的現(xiàn)象，這種擴(kuò)散導(dǎo)致濃度梯度減小，成分趨于均勻。但還存在另一中趨于均勻。但還存在另一中“上坡擴(kuò)散上坡擴(kuò)散”或稱或稱“逆向擴(kuò)散逆向擴(kuò)散”的現(xiàn)象，即物質(zhì)從低濃度區(qū)向高的現(xiàn)象，即物質(zhì)從低濃度區(qū)向高濃度區(qū)擴(kuò)散的現(xiàn)象。濃度區(qū)擴(kuò)散的現(xiàn)象。從根本上說(shuō)擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力從根本上說(shuō)擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力并不是濃度梯度并不是濃度梯度 ，而是化學(xué)勢(shì)梯度，而是化學(xué)勢(shì)梯度xx20/53 若一摩爾的若一摩爾的i組元從化學(xué)位較高的組元從化學(xué)位較高的O點(diǎn)點(diǎn)(iO

12、)遷移到化學(xué)位較低的遷移到化學(xué)位較低的Q點(diǎn)點(diǎn)(iO) ，O、Q之間的之間的距離為距離為dx，則體系的自由能變化為：，則體系的自由能變化為： dxxGiiOiQdd 由熱力學(xué)可知，擴(kuò)散和其它過(guò)程一樣，應(yīng)由熱力學(xué)可知，擴(kuò)散和其它過(guò)程一樣，應(yīng)該向自由能降低的方向進(jìn)行。在恒溫恒壓下，該向自由能降低的方向進(jìn)行。在恒溫恒壓下，自由能變化自由能變化 G 0才是引起擴(kuò)散的真正原因才是引起擴(kuò)散的真正原因。 21/53一摩爾一摩爾i組元原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力應(yīng)為：組元原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力應(yīng)為： dxdFii 上式表明，只要兩個(gè)區(qū)域中存在化學(xué)位梯度，上式表明，只要兩個(gè)區(qū)域中存在化學(xué)位梯度，原子便受到一個(gè)化學(xué)力的作用而發(fā)生擴(kuò)散

13、，原子便受到一個(gè)化學(xué)力的作用而發(fā)生擴(kuò)散，這便是原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力。這便是原子擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力。 原子擴(kuò)散速度正比于擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力：原子擴(kuò)散速度正比于擴(kuò)散的驅(qū)動(dòng)力：iiFB擴(kuò)散通量在數(shù)值上等于擴(kuò)散原子體積濃度和其擴(kuò)散通量在數(shù)值上等于擴(kuò)散原子體積濃度和其平均速度的乘積：平均速度的乘積：iiiCJ由此可得由此可得 ：dxdBCFBCJiiiiiii22/53由熱力學(xué)可知由熱力學(xué)可知： iiiCra 故故： ii0ii0iiCkTlnkTlna由菲克第一定律由菲克第一定律： xCDJii比較上兩式可得比較上兩式可得：微分后可得微分后可得： iiiiidCdCdCkTd)ln1(代入代入：dxdBCFBCJii

14、iiiii得得：dxdCdCdCkTBCJiiiiiii)ln1(dxdCCddkTBiiii)lnln1 ()lnln1 (iiiiCddkTBD23/53iikTBD 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，D0，擴(kuò)散為由高濃度到低濃度，擴(kuò)散為由高濃度到低濃度的的“下坡擴(kuò)散下坡擴(kuò)散”；當(dāng)；當(dāng) 時(shí)，時(shí)，D0Dn2，由晶面，由晶面12間隙原子的凈增值為：間隙原子的凈增值為：t)Pn-n(NN211221單位時(shí)間通過(guò)單位截面的物質(zhì)量則為單位時(shí)間通過(guò)單位截面的物質(zhì)量則為J,J,因此因此: : )Pn-n(J21晶面晶面1和晶面和晶面2間隙原子的濃度與間隙原子的濃度與n1和和n2之間存在如下關(guān)系：之間存在如下關(guān)系：35/53

15、dCn dCn2211且且：ddxdCCC12所以所以：221ddxdCnn將上式代入將上式代入36/53)Pn-n(J21得得：dxdCPdJ2與菲克第一定律比較，可得：與菲克第一定律比較，可得：2PdD 式中式中P、d取決于固溶體結(jié)構(gòu)取決于固溶體結(jié)構(gòu)，除與結(jié)構(gòu)相關(guān)外，除與結(jié)構(gòu)相關(guān)外，還與溫度密切相關(guān)。還與溫度密切相關(guān)。此式也適用于置換型擴(kuò)散。此式也適用于置換型擴(kuò)散。原子的擴(kuò)散激活能原子的擴(kuò)散激活能就是原子從一個(gè)平衡就是原子從一個(gè)平衡位置跳躍到其緊鄰位置時(shí)所需的能量，以克位置跳躍到其緊鄰位置時(shí)所需的能量，以克服周圍原子能壘對(duì)其的束縛。它不僅與原子服周圍原子能壘對(duì)其的束縛。它不僅與原子間的結(jié)合

16、力有關(guān)，也與具體的擴(kuò)散機(jī)制有關(guān)。間的結(jié)合力有關(guān)，也與具體的擴(kuò)散機(jī)制有關(guān)。 根據(jù)麥克斯韋爾根據(jù)麥克斯韋爾波爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布定律，在波爾茲曼統(tǒng)計(jì)分布定律，在N N個(gè)個(gè)溶質(zhì)原子中，自由能大于溶質(zhì)原子中，自由能大于G G2 2的原子數(shù)為的原子數(shù)為：31/53kTGNexp)GG(n22自由能大于自由能大于G G1 1的原子數(shù)為：的原子數(shù)為：kTGNexp)GG(n11兩式相除則有：兩式相除則有：kTGkTGexp)GG(n)GG(n121232/53 由于由于G G1 1處于平衡位置，即最低自由能的穩(wěn)定狀處于平衡位置，即最低自由能的穩(wěn)定狀態(tài)，態(tài)，故：故：n n (G(GG G1)N)N，因此上式變?yōu)?，?/p>

17、此上式變?yōu)椋簁TGexpkTGGexpN)GG(n122 此值表示了在此值表示了在T T溫度下具有跳躍能力的原子分溫度下具有跳躍能力的原子分?jǐn)?shù)（或幾率）數(shù)（或幾率）33/53對(duì)于間隙型擴(kuò)散，設(shè)原子振動(dòng)頻率為對(duì)于間隙型擴(kuò)散，設(shè)原子振動(dòng)頻率為，溶質(zhì)，溶質(zhì)原子最鄰近的間隙數(shù)為原子最鄰近的間隙數(shù)為z（即間隙配位數(shù)），則（即間隙配位數(shù)），則應(yīng)應(yīng)是是、 z 以及具有跳躍條件的原子分?jǐn)?shù)以及具有跳躍條件的原子分?jǐn)?shù) 的乘的乘積，即：積，即： kT/Ge kTGzexp由于由于 ，因此：因此：STESTHG kTEexpkSzexp38/53對(duì)于間隙型擴(kuò)散，設(shè)原子振動(dòng)頻率為對(duì)于間隙型擴(kuò)散，設(shè)原子振動(dòng)頻率為，溶質(zhì)，

18、溶質(zhì)原子最鄰近的間隙數(shù)為原子最鄰近的間隙數(shù)為z（即間隙配位數(shù)），則（即間隙配位數(shù)），則應(yīng)應(yīng)是是、 z 以及具有跳躍條件的原子分?jǐn)?shù)以及具有跳躍條件的原子分?jǐn)?shù) 的乘的乘積，即：積，即： kT/Ge代入代入2PdDkTEexpkSzexpPdD2令令 (擴(kuò)散常數(shù)擴(kuò)散常數(shù))kSzexpPdD20kTEexpDD0 是間隙擴(kuò)散時(shí)的溶質(zhì)原子跳躍所需額外的熱是間隙擴(kuò)散時(shí)的溶質(zhì)原子跳躍所需額外的熱力學(xué)內(nèi)能。力學(xué)內(nèi)能。 39/53 （2）空位擴(kuò)散激活能）空位擴(kuò)散激活能 與間隙擴(kuò)散相比，置換擴(kuò)散或自擴(kuò)散除了需要原子與間隙擴(kuò)散相比，置換擴(kuò)散或自擴(kuò)散除了需要原子從一個(gè)空位跳到另一個(gè)空位時(shí)的遷移能從一個(gè)空位跳到另一個(gè)空

19、位時(shí)的遷移能 外，還需外，還需要擴(kuò)散原子近旁出現(xiàn)新的空位，空位的平衡濃度為：要擴(kuò)散原子近旁出現(xiàn)新的空位，空位的平衡濃度為：kSkTfEexpCv 若置換固溶體或純金屬中的配位數(shù)為若置換固溶體或純金屬中的配位數(shù)為Z0 0，則其周，則其周圍出空位的幾率為：圍出空位的幾率為：40/53kSkTZfEexpCZ0v0mmSTEmG原子跳躍到近鄰空位位置所需要克服的自由能為原子跳躍到近鄰空位位置所需要克服的自由能為: :)exp()exp(0kSkTEkSkTEZmmfv代入 整理得：2PdD)exp()exp(02kTEEkSSZPdDmvmf 那么，原子跳躍頻率那么，原子跳躍頻率 應(yīng)是原子的振動(dòng)頻率

20、應(yīng)是原子的振動(dòng)頻率 、原、原子周圍出現(xiàn)空位的幾率子周圍出現(xiàn)空位的幾率Z0CV以及具有跳躍條件的原子以及具有跳躍條件的原子所占分?jǐn)?shù)所占分?jǐn)?shù) 的乘積，即的乘積，即kTGmexp令擴(kuò)散常數(shù)， 則有 )exp(020kSSZPdDmf：)exp(0kTEDD 間隙擴(kuò)散和空位擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)間隙擴(kuò)散和空位擴(kuò)散的擴(kuò)散系數(shù)D與擴(kuò)散與擴(kuò)散激活能激活能E E 的關(guān)系均可寫成：的關(guān)系均可寫成：)exp(0RTQDD求解擴(kuò)散激活能的求解擴(kuò)散激活能的意義意義 擴(kuò)散機(jī)制除了間隙擴(kuò)散，空位擴(kuò)散外，還擴(kuò)散機(jī)制除了間隙擴(kuò)散，空位擴(kuò)散外，還有晶界擴(kuò)散、表面擴(kuò)散和位錯(cuò)擴(kuò)散，這些不同有晶界擴(kuò)散、表面擴(kuò)散和位錯(cuò)擴(kuò)散，這些不同擴(kuò)散機(jī)制的

21、擴(kuò)散激活能其數(shù)值大小也有很大的擴(kuò)散機(jī)制的擴(kuò)散激活能其數(shù)值大小也有很大的不同，因此，求解各種條件的激活能，對(duì)于了不同，因此，求解各種條件的激活能，對(duì)于了解判斷擴(kuò)散的機(jī)制是非常重要的。解判斷擴(kuò)散的機(jī)制是非常重要的。41/53L n D1/T擴(kuò)散系數(shù)的一般表達(dá)時(shí)為：擴(kuò)散系數(shù)的一般表達(dá)時(shí)為：RTQexpDD0兩邊取對(duì)數(shù)得兩邊取對(duì)數(shù)得：T1RQlnDlnD0 一般認(rèn)為一般認(rèn)為D D0 0和和Q Q與溫度無(wú)關(guān)，因此與溫度無(wú)關(guān)，因此L L n n D D和和1/T1/T呈線性呈線性關(guān)系，直線的斜率為關(guān)系，直線的斜率為-Q/R-Q/R，直線的截距為，直線的截距為L(zhǎng)nDLnD0 0。因此擴(kuò)。因此擴(kuò)散的激活能可通

22、過(guò)下式求?。荷⒌募せ钅芸赏ㄟ^(guò)下式求?。?和 T)(1lnDRQ注注意意42/533.3.4 柯肯達(dá)爾效應(yīng)柯肯達(dá)爾效應(yīng)前面所講的擴(kuò)散是間隙型溶質(zhì)原子的擴(kuò)散，前面所講的擴(kuò)散是間隙型溶質(zhì)原子的擴(kuò)散，其特點(diǎn)是溶質(zhì)原子半徑小，擴(kuò)散速率要遠(yuǎn)大于其特點(diǎn)是溶質(zhì)原子半徑小，擴(kuò)散速率要遠(yuǎn)大于溶劑原子。溶劑原子。對(duì)于置換型溶質(zhì)原子的擴(kuò)散，溶質(zhì)原子與對(duì)于置換型溶質(zhì)原子的擴(kuò)散，溶質(zhì)原子與溶劑原子相差不大，并且占有相同的晶格位置，溶劑原子相差不大，并且占有相同的晶格位置，擴(kuò)散時(shí)與相鄰原子間作置換，兩者的擴(kuò)散速率擴(kuò)散時(shí)與相鄰原子間作置換，兩者的擴(kuò)散速率屬于同一數(shù)量級(jí)，因此，必須考慮溶質(zhì)和溶劑屬于同一數(shù)量級(jí)，因此，必須考慮溶

23、質(zhì)和溶劑原子不同的擴(kuò)散速率。原子不同的擴(kuò)散速率。17/531.柯肯達(dá)爾(Kirkendall)實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)：實(shí)驗(yàn)：在黃銅塊上沿縱向放兩排鉬絲在黃銅塊上沿縱向放兩排鉬絲( (鉬不溶于銅鉬不溶于銅) )；在黃銅塊上鍍一層銅；在黃銅塊上鍍一層銅；樣品在樣品在785785擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火56d56d實(shí)驗(yàn)結(jié)果：實(shí)驗(yàn)結(jié)果：兩排鉬絲的距離縮小了兩排鉬絲的距離縮小了0.250.25mmmm；在黃銅上留有一些小洞。；在黃銅上留有一些小洞。實(shí)驗(yàn)分析：實(shí)驗(yàn)分析：18/53銅一側(cè)銅濃度大，銅向黃銅銅一側(cè)銅濃度大，銅向黃銅擴(kuò)散，黃銅一側(cè)鋅的濃度大，鋅擴(kuò)散，黃銅一側(cè)鋅的濃度大，鋅向銅擴(kuò)散，若兩者擴(kuò)散系數(shù)相等，向銅擴(kuò)散，若兩者

24、擴(kuò)散系數(shù)相等，在兩側(cè)則發(fā)生銅和鋅等量置換，在兩側(cè)則發(fā)生銅和鋅等量置換，由于鋅原子半徑大，鉬絲將向黃銅一側(cè)移動(dòng)，使由于鋅原子半徑大，鉬絲將向黃銅一側(cè)移動(dòng)，使兩排鉬絲距離減小，但經(jīng)計(jì)算由此產(chǎn)生的移動(dòng)距兩排鉬絲距離減小，但經(jīng)計(jì)算由此產(chǎn)生的移動(dòng)距離僅為實(shí)驗(yàn)鉬絲移動(dòng)距離的離僅為實(shí)驗(yàn)鉬絲移動(dòng)距離的1/101/10，因此，鋅和銅，因此，鋅和銅原子半徑的差異不是造成鉬絲移動(dòng)的主要原因。原子半徑的差異不是造成鉬絲移動(dòng)的主要原因。其主要原因?yàn)殇\的擴(kuò)散速率高于銅的擴(kuò)散速率，其主要原因?yàn)殇\的擴(kuò)散速率高于銅的擴(kuò)散速率，造成轉(zhuǎn)移到銅的鋅原子數(shù)量要高于轉(zhuǎn)移到黃銅中造成轉(zhuǎn)移到銅的鋅原子數(shù)量要高于轉(zhuǎn)移到黃銅中的銅原子數(shù)量，從而

25、引起了鉬絲的移動(dòng)。的銅原子數(shù)量，從而引起了鉬絲的移動(dòng)。19/5343/53 由擴(kuò)散系數(shù)方程 可知：溫度越高擴(kuò)散系數(shù)越大。 RTQexpDD0例如：碳在-Fe中擴(kuò)散時(shí)，D0=2.010-5m2/s，Q = 140 103J/mol。在1200K和1300K的擴(kuò)散系數(shù)分別為：s /m1016. 11200314. 810140exp100 . 2D211351200s /m104.741300314. 810140exp100 . 2D211351300溫度從1200K增加到1300K，擴(kuò)散系數(shù)增加了3倍。44/53不管是間隙擴(kuò)散還是空位擴(kuò)散時(shí)空位的形成，必須擠開其周圍的原子，要部分地破壞原子間的

26、結(jié)合鍵。因此，原子間結(jié)合力越強(qiáng)，擴(kuò)散激活能Q值越高，擴(kuò)散系數(shù)也就越低。因而，反映原子間結(jié)合力的宏觀參量如熔點(diǎn)Tm、熔化潛熱Lm和膨脹系數(shù) 等與擴(kuò)散激活能Q成正比關(guān)系。譬如可存在下面的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系：Q=32(or 40)Tm=16.5 Lm =2.4 / 不同類型的固溶體，原子擴(kuò)散的機(jī)制是不同的，間隙固溶體的擴(kuò)散激活能一般比置換固溶體小，因此擴(kuò)散系數(shù)一般比置換固溶體擴(kuò)散系數(shù)大。例如：在Fe中滲C、N比滲Cr和Al容易，因此在工藝上，滲碳時(shí)間安排的要短。 此外，對(duì)于置換固溶體而言，組元原子間尺寸差別越小，電負(fù)性相差越大，親和力越強(qiáng)，則各組元原子的擴(kuò)散越困難。 45/53晶體結(jié)構(gòu)對(duì)擴(kuò)散的影響表現(xiàn)在三個(gè)方面:(1)晶體結(jié)構(gòu)的差異：不同的原子排列方式會(huì)有不同的原子擴(kuò)散激活能，從而對(duì)擴(kuò)散產(chǎn)生影響。(2)通過(guò)影響固溶度來(lái)影響擴(kuò)散：溶質(zhì)原子在不同的晶體結(jié)構(gòu)中，固溶度有很大的差別，因此可引起濃度梯度不同，從而影響到原子的擴(kuò)散。(3)晶體的各向異性:在對(duì)稱性較低的晶體中,不同方向上原子的排列不